CN114166047B - 印刷电路板式换热器 - Google Patents

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CN114166047B CN202111266318.0A CN202111266318A CN114166047B CN 114166047 B CN114166047 B CN 114166047B CN 202111266318 A CN202111266318 A CN 202111266318A CN 114166047 B CN114166047 B CN 114166047B
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Abstract

本发明涉及换热器技术领域，提供一种印刷电路板式换热器。本发明提供的印刷电路板式换热器，包括：换热器本体；换热芯体，换热芯体设置在换热器本体内，换热芯体包括多个叠设的换热板片；第一导流结构，第一导流结构设置在换热器本体的入口封头处，并位于换热芯体的上游，第一导流结构沿多个叠设的换热板片的高度方向设置；控制器，控制器与第一导流结构电性连接，在控制器的控制下，第一导流结构能够发生弯曲形变或振动。本发明提供的印刷电路板式换热器，能够根据电场强度控制第一导流结构发生弯曲形变，使之适应不同的工况，从而维持各种工况下的均流效果，提升了印刷电路板式换热器的换热效果。

Description

印刷电路板式换热器
技术领域
本发明涉及换热器技术领域，尤其涉及一种印刷电路板式换热器。
背景技术
换热器是一种重要的工业设备，在能源、化工、农业、航空航天、船舶等领域均有重要应用，对于船舶等海洋平台，换热器是其动力系统的重要组成部分，占据船舶大量宝贵的重量体积，提升换热器的紧凑性、可靠性等综合性能具有重要的应用价值。
印刷电路板式换热器是一种新型换热器，一般由封头、芯体以及外壳等组成，其中换热芯体通过化学蚀刻等方法在金属板片中形成连续或非连续微细通道，采用扩散焊等方式将堆积换热板片焊接形成高效紧凑换热单元，具有紧凑高效的优势，同时具备覆盖温度区间广、耐腐蚀、寿命长等优点，是船舶以及未来核动力装置的理想换热器。然而由于换热板片众多、每个板片中换热通道数目数以千计，导致印刷电路板式换热器内存在突出的流量分配不均匀问题，严重影响了换热器的换热性能，同时还可能导致局部过热或者超温、热应力集中等问题。
发明内容
本发明提供一种印刷电路板式换热器，用以解决现有技术中印刷电路板式换热器内流量分配不均匀的缺陷。
本发明提供一种印刷电路板式换热器，包括：换热器本体；换热芯体，所述换热芯体设置在所述换热器本体内，所述换热芯体包括多个叠设的换热板片；第一导流结构，所述第一导流结构设置在所述换热器本体的入口封头处，并位于所述换热芯体的上游，所述第一导流结构沿所述多个叠设的换热板片的高度方向设置；控制器，所述控制器与所述第一导流结构电性连接，在所述控制器的控制下，所述第一导流结构能够发生弯曲形变或振动。
根据本发明提供的一种印刷电路板式换热器，所述第一导流结构包括：第一固定支座，所述第一固定支座与所述入口封头连接；多个第一柔性膜片，每个所述第一柔性膜片与所述第一固定支座连接，多个所述第一柔性膜片沿所述多个叠设的换热板片的高度方向叠设，每个所述第一柔性膜片的长度方向与所述换热板片的长度方向相同；多个第一压电片，每个所述第一压电片设置在所述第一柔性膜片上，并与所述第一柔性膜片连接，所述第一压电片与所述控制器电性连接。
根据本发明提供的一种印刷电路板式换热器，多个所述第一柔性膜片发生弯曲形变后的高度与所述多个叠设的换热板片的高度相等。
根据本发明提供的一种印刷电路板式换热器，所述第一柔性膜片为合金钢柔性膜片，所述第一压电片为陶瓷压电片。
根据本发明提供的一种印刷电路板式换热器，每个所述换热板片的厚度为1-4mm。
根据本发明提供的一种印刷电路板式换热器，每个所述换热板片包括：第二导流结构，所述第二导流结构设置在所述换热板片的入口处，所述第二导流结构沿所述换热板片的宽度方向设置；多个换热通道，多个所述换热通道沿所述换热板片的宽度方向平行设置，所述换热通道位于所述第二导流结构的下游。
根据本发明提供的一种印刷电路板式换热器，所述第二导流结构包括：第二固定支座，所述第二固定支座与所述换热板片连接；多个第二柔性膜片，每个所述第二柔性膜片与所述第二固定支座连接，多个所述第二柔性膜片沿所述换热板片的宽度方向设置，每个所述第二柔性膜片的长度方向与所述换热通道的长度方向相同；多个第二压电片，每个所述第二压电片设置在一个所述第二柔性膜片上，并与所述第二柔性膜片连接。
根据本发明提供的一种印刷电路板式换热器，所述第二柔性膜片的宽度为1-3mm。
根据本发明提供的一种印刷电路板式换热器，还包括入口部和出口部，所述入口部和所述出口部分别设置在所述换热器本体的两端。
根据本发明提供的一种印刷电路板式换热器，还包括流量调节阀门，所述流量调节阀门与所述入口部连接。
本发明提供的印刷电路板式换热器，通过设置控制器和第一导流结构，能够根据电场强度控制第一导流结构发生弯曲形变，使之适应不同的工况，从而维持各种工况下的均流效果，提升了印刷电路板式换热器的换热效果，同时，在压头不足时通过控制器改变通入第一导流结构的电流类型，可使第一导流结构产生振动，提供额外压头。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的印刷电路板式换热器的结构示意图；
图2是图1中示出的第一导流结构的结构示意图；
图3是图1中示出的换热芯体的结构示意图；
附图标记：
100：换热器本体； 101：入口部； 102：出口部；
110：入口封头； 120：第一导流结构； 121：第一固定支座；
122：第一压电片； 123：第一柔性膜片； 130：换热芯体；
131：换热板片； 140：出口封头； 200：流量调节阀门；
300：控制器； 1311：入口； 1312：第二导流结构；
1313：换热通道； 1314：出口； 1315：入口分布区；
1316：出口分布区。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
下面结合图1-图3描述本发明的印刷电路板式换热器。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，印刷电路板式换热器包括：换热器本体100、第一导流结构120、换热芯体130和控制器300。换热芯体130设置在换热器本体100内，换热芯体130包括多个叠设的换热板片131。第一导流结构120设置在换热器本体100的入口封头110处，并位于换热芯体130的上游，第一导流结构120沿多个叠设的换热板片131的高度方向设置。控制器300与第一导流结构120电性连接，在控制器300的控制下，第一导流结构120能够发生弯曲形变或振动。
具体来说，换热器本体100包括入口封头110、第一导流结构120、换热芯体130和出口封头140。换热芯体130由多块换热板片131层叠设置而成，形成紧凑高效的换热单元。第一导流结构120设置在入口封头110处，并位于换热芯体130的上游，控制器300与第一导流结构120电性连接，用于控制通入第一导流结构120的电场强度和电流类型，进而控制第一导流结构120发生弯曲形变或振动。具体地，当向第一导流结构120通入直流电时，第一导流结构120发生弯曲形变，改变流体流向换热芯体130不同换热板片131之间的流量，提高流体流量分配的均匀性。在印刷电路板式换热器超负荷运行时，在压头不足的情况下，向第一导流结构120通入交流电，第一导流结构120振动，提供额外压头，保证印刷电路板式换热器短暂超负荷运行。
进一步地，在本实施例中，控制器300输入信号为换热器流量、出口温度以及工况，输出为电场强度与电场类型，根据各工况下的换热要求及各类参数计算输出电场，进而使第一导流结构120实现自适应调节，从而改善换热芯体130不同换热板片131之间的流量分配均匀性。
进一步地，在本发明的一个实施例中，第一导流结构120可包括：第一固定支座121、多个第一压电片122和多个第一柔性膜片123。第一固定支座121用于固定第一柔性膜片123，每个第一压电片122设置在一个第一柔性膜片123上，并与第一柔性膜片123连接，第一压电片122与控制器300电性连接，通过控制电源电场强度和电流类型，对第一压电片122进行伸缩控制，进而使得与第一压电片122连接的第一柔性膜片123发生弯曲形变，进而根据具体工况改变第一柔性膜片123的形态，以改善换热芯体130不同换热板片131之间的流量分配均匀性。
进一步地，在换热器本体100的入口封头110处设置第一导流结构120，可有效抑制入口封头110处形成的涡流，减小压降。
本发明实施例提供的印刷电路板式换热器，通过设置控制器和第一导流结构，能够根据电场强度控制第一导流结构发生弯曲形变，使之适应不同的工况，从而维持各种工况下的均流效果，提升了印刷电路板式换热器的换热效果，同时，在压头不足时通过控制器改变通入第一导流结构的电流类型，可使第一导流结构产生振动，提供额外压头。
如图2所示，在本发明的一个实施例中，第一导流结构120包括：第一固定支座121、多个第一压电片122和多个第一柔性膜片123。第一固定支座121与入口封头110连接，多个第一柔性膜片123与第一固定支座121连接，多个第一柔性膜片123沿多个叠设的换热板片131的高度方向叠设，每个第一柔性膜片123的长度方向与换热板片131的长度方向相同。每个第一压电片122设置在一个第一柔性膜片123上，并与第一柔性膜片123连接，第一压电片122与控制器300电性连接。
具体来说，第一固定支座121用于固定多个第一柔性膜片123，多个第一柔性膜片123的高度方向与多个叠设的换热板片131的高度方向相同，每个第一柔性膜片123上设置有一个第一压电片122。控制器300用于控制通入第一压电片122的电场强度和电流类型，当向第一压电片122通入直流电时，根据具体工况下的换热量要求以及其他参数计算出输出电场强度，第一压电片122根据输入的电场强度调节自身的长度，进而使得与第一压电片122相连的第一柔性膜片123发生弯曲形变，从而改变第一柔性膜片123的形态，以改变经过第一柔性膜片123进入各换热板片131之间的流体的流量，实现改善换热芯体130不同换热板片131之间流量分配均匀的目的。
需要说明的是：在本实施例中，控制器300用于控制通过每个第一压电片122的电场强度，电场强度不同，第一压电片122的伸缩程度不同，进而使第一柔性膜片123发生弯曲形变的程度也不相同。第一柔性膜片123发生弯曲形变的程度不同，通过第一柔性膜片123进入各个换热板片131之间的流体流量也不相同，进而能够实现改善换热芯体130不同换热板片131之间流量分配均匀的目的。
进一步地，在印刷电路板式换热器超负荷运行时，在压头不足的情况下，向第一压电片122通入交流电，第一压电片122带动第一柔性膜片123振动，提供额外压头，从而保证印刷电路板式换热器短暂超负荷运行。
本发明实施例提供的印刷电路板式换热器，通过设置第一柔性膜片和第一压电片，利用电流驱动第一压电片发生伸缩，从而带动第一柔性膜片发生弯曲形变，可根据具体工况调节第一柔性膜片的形态，在不同工况下较好地维持换热板片之间流量分配的均匀性。同时，在印刷电路板式换热器压头不足的情况下，可以通过改变通入第一压电片的电流类型，使第一柔性膜片发生振动，实现印刷电路板换热器超负荷运行。
进一步地，在本发明的一个实施例中，多个第一柔性膜片123发生弯曲形变后的高度与多个叠设的换热板片131的高度相等。
具体来说，多个第一柔性膜片123沿多个换热板片131叠设的高度方向设置，举例来说，可在每2个换热板片131相对应的位置设置一个第一柔性膜片123，或在每3个换热板片131相对应的位置设置一个第一柔性膜片123。在第一柔性膜片123没有发生弯曲形变时，多个第一柔性膜片123叠设的高度小于多个叠设的换热板片131的高度，当多个第一柔性膜片123发生弯曲形变后，多个第一柔性膜片123叠设的高度等于多个叠设的换热板片131的高度，以使流体在经过第一柔性膜片123后实现流量均匀分配，进而保证进入每两个换热板片131之间的流量大致相同。
可以理解的是：关于第一柔性膜片123的设置位置可以有多种设置方式，可根据具体工况而定，而不局限于本发明实施例所列举的数值。
可选地，在本发明的一个实施例中，第一柔性膜片123的材质为合金钢，第一压电片122的材质为陶瓷压电片。
可选地，在本发明的一个实施例中，每层换热板片131的厚度为1-4mm。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，印刷电路板式换热器还包括入口部101和出口部102，入口部101和出口部102分别设置在换热器本体100的两端。
进一步地，在本发明的一个实施例中，印刷电路板式换热器还包括流量调节阀门200，流量调节阀门200与入口部101连接，用于调节进入换热器本体100的流体的流量。
如图3所示，在本发明的一个实施例中，每个换热板片131包括：第二导流结构1312和多个换热通道1313。第二导流结构1312设置在换热板片131的入口1311处，第二导流结构1312沿换热板片131的宽度方向设置，多个换热通道1313沿换热板片131的宽度方向平行设置，换热通道1313位于第二导流结构1312的下游。
具体来说，每个换热板片131包括：入口1311、第二导流结构1312、多个换热通道1313、出口1314、入口分布区1315和出口分布区1316。第二导流结构1312设置在入口1311处，多个换热通道1313沿换热板片131的宽度方向平行设置，换热通道1313的两侧与入口1311连通的区域形成入口分布区1315，与出口1314连通的区域形成出口分布区1316。入口分布区1315用于将经过第二导流结构1312分配的流体进行分配，以使流体流量均匀地流向每个换热通道1313，然后经过出口分布区1316后由出口1314流出，实现流体流量的均匀分配。
第二导流结构1312与外部电源连接，在外部电场的控制下，可以改变第二导流结构1312的形态，从而改善换热板片131内部的流量分配均匀性。
进一步地，在本发明的一个实施例中，第二导流结构1312包括：第二固定支座、多个第二压电片和多个第二柔性膜片。第二固定支座与换热板片131连接，每个第二柔性膜片与第二固定支座连接，多个第二柔性膜片沿换热板片131的宽度方向设置，每个第二柔性膜片的长度方向与换热通道1313的长度方向相同，每个第二压电片设置在一个第二柔性膜片上，并与第二柔性膜片连接。
具体来说，多个第二柔性膜片沿换热板片131的宽度方向设置，具体地，可每几个换热通道1313对应设置一个第二柔性膜片，每个第二柔性膜片用于改善经过其的流体流量的分配。具体几个换热通道1313对应一个第二柔性膜片可根据具体工况设定。当向第二压电片通入直流电时，根据具体工况下的换热量要求以及其他参数计算出输出电场强度，第二压电片根据输入的电场强度调节自身的长度，进而使得与第二压电片相连的第二柔性膜片发生弯曲形变，从而改变第二柔性膜片的形态，以改变经过第二柔性膜片进入各换热通道1313之间的流体的流量，实现改善不同换热通道1313之间流量分配均匀的目的。
需要说明的是：根据输入的电场强度不同，第二柔性膜片发生弯曲形变的程度不同，进而使得进入每个换热通道1313的流体流量不同。
进一步地，在印刷电路板式换热器超负荷运行时，在压头不足的情况下，向第二压电片通入交流电，第二压电片带动第二柔性膜片振动，提供额外压头，从而保证印刷电路板式换热器正常运行。
可以理解的是：第二压电片的材质与第一压电片122的材质相同，第二柔性膜片的材质与第一柔性膜片123的材质相同。
可选地，在本发明的一个实施例中，第二柔性膜片的宽度为1-3mm。
本发明实施例提供的印刷电路板式换热器，通过在每个换热板片上设置第二压电片和第二柔性膜片，利用电流驱动第二压电片发生伸缩，从而带动第二柔性膜片发生弯曲形变，可根据具体工况调节第二柔性膜片的形态，在不同工况下改善换热板片各个换热通道内流量分配的均匀性。同时，在印刷电路板式换热器压头不足的情况下，可以通过改变通入第二压电片的电流类型，使第二柔性膜片发生振动，实现印刷电路板换热器超负荷运行。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种印刷电路板式换热器，其特征在于，包括：
换热器本体；
换热芯体，所述换热芯体设置在所述换热器本体内，所述换热芯体包括多个叠设的换热板片；
第一导流结构，所述第一导流结构设置在所述换热器本体的入口封头处，并位于所述换热芯体的上游，所述第一导流结构沿所述多个叠设的换热板片的高度方向设置；
控制器，所述控制器与所述第一导流结构电性连接，在所述控制器的控制下，所述第一导流结构能够发生弯曲形变或振动。
2.根据权利要求1所述的印刷电路板式换热器，其特征在于，所述第一导流结构包括：
第一固定支座，所述第一固定支座与所述入口封头连接；
多个第一柔性膜片，每个所述第一柔性膜片与所述第一固定支座连接，多个所述第一柔性膜片沿所述多个叠设的换热板片的高度方向叠设，每个所述第一柔性膜片的长度方向与所述换热板片的长度方向相同；
多个第一压电片，每个所述第一压电片设置在一个所述第一柔性膜片上，并与所述第一柔性膜片连接，所述第一压电片与所述控制器电性连接。
3.根据权利要求2所述的印刷电路板式换热器，其特征在于，多个所述第一柔性膜片发生弯曲形变后的高度与所述多个叠设的换热板片的高度相等。
4.根据权利要求2所述的印刷电路板式换热器，其特征在于，所述第一柔性膜片为合金钢柔性膜片，所述第一压电片为陶瓷压电片。
5.根据权利要求1所述的印刷电路板式换热器，其特征在于，每个所述换热板片的厚度为1-4mm。
6.根据权利要求1所述的印刷电路板式换热器，其特征在于，每个所述换热板片包括：
第二导流结构，所述第二导流结构设置在所述换热板片的入口处，所述第二导流结构沿所述换热板片的宽度方向设置；
多个换热通道，多个所述换热通道沿所述换热板片的宽度方向平行设置，所述换热通道位于所述第二导流结构的下游。
7.根据权利要求6所述的印刷电路板式换热器，其特征在于，所述第二导流结构包括：
第二固定支座，所述第二固定支座与所述换热板片连接；
多个第二柔性膜片，每个所述第二柔性膜片与所述第二固定支座连接，多个所述第二柔性膜片沿所述换热板片的宽度方向设置，每个所述第二柔性膜片的长度方向与所述换热通道的长度方向相同；
多个第二压电片，每个所述第二压电片设置在一个所述第二柔性膜片上，并与所述第二柔性膜片连接。
8.根据权利要求7所述的印刷电路板式换热器，其特征在于，所述第二柔性膜片的宽度为1-3mm。
9.根据权利要求1所述的印刷电路板式换热器，其特征在于，还包括入口部和出口部，所述入口部和所述出口部分别设置在所述换热器本体的两端。
10.根据权利要求9所述的印刷电路板式换热器，其特征在于，还包括流量调节阀门，所述流量调节阀门与所述入口部连接。
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